مبدل ولتاژ چیست ؟ و نحوه طراحی تغذیه سوئیچینگ ؟
هر دستگاهی که عمل تبدیل سطحی از انرژی را به سطحی دیگری انجام دهد، یک مبدل نامیده میشود در مورد برق هم عمل تبدیل سطح ولتاژ توسط مبدل ها انجام میشود.
در این پست قصد داریم یک مبدل ساده و کاربردی را به شما معرفی کنیم.
در چه کارهایی از مبدل ولتاژ استفاده میشود ؟
هر ابزار برقی برای کار کردن نیاز به تامین برق مورد نیاز خود را دارد. این برق عموما از برق شهری با ولتاژ 220 تامین میشود، و در وسیله مورد نظر به سطوح مختلف تبدیل میشود.
این تبدیل کننده ها می‌توانند ولتاژ را کاهش دهند ” کاهنده ” و یا افزایش دهند ” افزاینده “،
نوع طرح آنها هم میتواند بصورت : باک، فلای بک، نیم پل، تمام پل، بوست و . . . باشد.
شاید برای شما مفید باشد: ترانزیستور GaN چیست و چه کاربردی دارد؟
در این مقاله شرح کار یک مبدل ولناژ باک را توضیح می‌دهیم و در آیند سعی میکنیم آن را کامل کنیم. در صورت استقبال و درخواست سایر مبدل ها را نیز در آینده تشریح خواهیم کرد.
مشخصات فنی مبدل قابل استفاده بعنوان مبدل نیم پل
این پروژه نسبت به نیاز ما طرح شده و به سادگی می‌توان مشخصه های آن را نسبت به نیازهای مختلف تغییر داد. نیاز های سیستم ما برای جهت طراحی شامل موارد زیر است:
- مدار باید در ولتاژ ورودی خود حداکثر 60 ولت را بتواند تحمل کند
- ولتاژ خروجی 12 ولت را به طور دائم در دمای 100 درجه تامین نماید.
- قطعات مورد استفاده در بازار براحتی در دسترس باشد.
- قیمت تمام شده پایین باشه
در بازار آی سی های رگولاتور بسیار خوبی با تکنولوژی باک مثل lm2576 وجود دارد که طی تست های انجام شده می‌توانند تا 35 ولت در ورودی را تحمل کنند و بسته به جنس در ولتاژهای بالای آن می‌سوزند.
نوع HV آن هم در ولتاژ ورودی بالای 50 ولت حرارت بسیار زیادی تولید کرده و سوختند.
با شرایط بالا استفاده از یک طرح باک به صورت مجزا توجیح منطقی داشت.
طرح را به گونه‌ای پیاده کردیم تا در صورت نیاز و فقط با تغییر مقادیر قطعات بتوان، مشخصه های اصلی آن را تغییر داد.
قطعات و مدار
در این مبدل برای کنترل سیستم، یکی از معروفت ترین و پرکاربرد ترین آی سی های مخصوص این کار به شماره TL494 بهره برده‌ایم.
دلیل انتخاب این آی سی قیمت بسیار مناسب (قیمت حدوود 600 تومان )در کنار کارایی است. این آی سی تمام نیاز های ما را برای ساختن یک مدار سوئیچینگ بخوبی برآورده میکند.
مدار شامل دوبخش است. یک مدار پاور کوچک برای روشن کردن آی سی TL494 و قسمت دیگر مدار اصلی مبدل.
خوب چرا دو تا مبدل درست کنیم ؟ از همون یکی استفاده میکنیم !
در جواب این مورد باید عرض کنم، مبدل اول عملکرد خطی دارد، به این معنی که زیر بار تلفات حرارتی زیادی تولید میکنه.
یعنی اگه برای چند ثانیه در حداکثر ولتاژ ورودی، جریانی در حد چند ده میلی‌آمپر هم ازش بکشی این قدر داغ میکنه که تو همین زمان کم میسوزه.
خوب پس به چه دردی میخوره ؟
این پاور کوچولو برای روشن کردن آی سی TL494 و IR2104 استفاده میشه، همین که مدار اصلی شروع به کار کرد و ولتاژ خروجی برقرار شد، خودش برق مورد نیاز خودش را تامین میکنه، و فشار از روی مبدل برداشته میشه.
قطعه دیگه ای که تو این مدار استفاده شده آی سی IR2104 است.
این آی سی به معنی واقعی یک رام کننده ماسفت است و تمام نگرانی های ما برای سوئیچ ماسفت ها را برطرف میکند.
در قسمت قدرت از دو ماسفت ارزان قیمت با مشخصه های مناسب به شماره IRF540 استفاده کرده ایم. شما میتوانید نسبت به نیاز از مدل های دیگر هم بهره ببرید.
ملاحظات و محدودیت ها
هر مدار و قطعه‌ای برای رنج و طیفی از قبل تعریف شده قابل استفاده است. در این مدار هم باید مواردی در ساخت آن لحاظ گردد. که شامل موارد زیر میشود :
- ولتاز خازن های روی برد بخصوص خازن ورودی حتما باید بالاتر ولتاژ ورودی مد نظر ما باشد.
- توسط مقاومت‌های R7 و R8 مقدار ولتاژ خروجی را می‌توان تغییر داد. ” مثلا میتوانید از یک پتانسیومتر استفاده کرده و از آن به عنوان یک منبع تغذیه متغییر استفاده کنید “
- ترانزیستور های خروجی را نسبت به نیاز می‌توان تغییر داد.
- سلف مدار باید تحمل حداقل 3 آمپر را داشته باشد
سورس شماتیک و PCB مدار مبدل ولتاژ را از لینک زیر میتوانید دانلود کنید.
سلام
سپاس از این مطلب مفید
اگر بخواهیم این منبع تغذیه رو از صفر تا مثلا ۳۰ ولت متغییر کنیم چه تغییرای لازم است و حداکثر آمپر دریافتی برای شرایط پایدار چقدر هست؟
سلام با تغییر در مسیر فیدبک میشه این خواسته رسید ولی باید دقت داشته باشید که مدار استیل بمونه
سلام
وقتتون بخیر
یکسری آی سی خوب دیگه هم هست که توی تست تا ولتاژ 60 ولت رو تحمل میکنه و اتفاقی هم براش نمی افته
این سری از آی سی ها داخل ماژول های POE Splitter هم کاربرد بسیاری داره ( ولتاژ POE مقدار 56 ولت هستش)
سری TD1663 هستش
آی سی های خوبیه
نویز سوییچینگ خیلی کمی هم داره
سلام وقت بخیر
من یک مداری سویچینگ بدون ترانس میخوام که با سلف باشد تبدیل ۲۲۰ ب ۱۲ و ۵ ولت با کمترین آلمان وبرای راه اندازی برد مقدار ۱۰۰ میلی امپر نهایتا تا ۲۰۰ میلی امپر در فضای کوچک از یک ایسی سویچینگ ۸ پایه ارزان قیمت استفاده شود . لطفا راهنمایی و یا طراحی نمایید متشکرم
سلام
از مطلب مفیدی که قرار دادید تشکر میکنم.
یه سوال داشتم: از روی عکسی که نرم افزار برای پیچیدن سیم روی فریت داده متوجه نمی شم !!! چطور و تو چه جهتی باید پیچیده شود.؟؟ فکر میکنم 99 درصد کسانی که این مطلب رو خوندن این قسمت رو متوجه نمی شین و عملا توسط دوستان ساخته نشده من خودم خیلی مشتاقم بسازم حتی قطعاتش رو خریدم ولی تو جهت پیچیدن سیم روی فریت مشکل دارم!!!(متاسفانه تو نت هم چیزی پیدا نکردم)
ممنون
با عرض سلام وخسته نباشید
ببشخید بنده این منبع تغذیه رو ساختم ولی برای مقادیر مختلف بار یا جریان خروجی ولتاژ خروجی هم تغییر میکنه!
هرچقدر بار خروجی رو زیادتر میکنم مثلا به از 1 آمپر به 2 آمپر میرسونمش ولتاژ حدودا نصف میشه!
میخواستم بدونم دلیلش چیه؟
من طبق فرمایش شما از تغذیه خطی tl783 برای تغذیه تراشه TL494 استفاده کردم و بقیه موارد مشابه نکات همین سایت قرار داده شده است.
با سلام سیسوگ جزو بهترین سایت ها برای کمک به افرادی که اطلاع زیادی از الکترونیک ندارند ولی میخواهند کار عملی انجام بدهند هست.
انقدر این سایت در جاهای مختلف بدردم خورده که میخوام تمام مقالاتشو بخونم. با تشکر
سلام سپاس از نظر لطفتون
سلام . چطور میتونم منبع تغذیه ای (از نوع باک ) طراحی کنم خروجی مورد نظرم رو روی فرکانس دلخواهم رو بهم بده
درود و عرض ادب
و تبریک سال نو به پرسنل عزیز سیسوگ
این مداررو بنده روی یک pcb که شامل یک
Sim800 و میکروکنترلر stm32f104ret6 میباشد گذاشتم
که بنا به نیاز خروجی این مدار برروی ۱۲ولت تنظیم شد و برای sim800 از یک ۲۵۷۶ در خروجی این مدار استفاده شد و برای میکرو با دوپله ۷۸۰۹ و ۷۸۰۵ استفاده شده است
ولتاژ به ثورت دقیق درست هستند و جریان کافی هم ارائه میده اما مشکل اینجاست که
Sim800 به سدت داغ میکند و حتی sim800 رو از مدار خارج میکنیم و یا درمدار هم باشه میکروکنترلر مختل میشه عملکردش حتی پراگرام هم نمیشه و با ارور inrernal command error مواجه میشم
ولی کافیه اون ۱۲ ولت دو از منبع تغذیه بدم همه چی به درستی کار میکنه
اما ۱۲ ولت رو از خروجی این مدار میگیرم این اتفاقات میفتند .
نظر اساتید چی هستش
با تشکر
سلام دوست عزیز
متوجه نشدم شما خروجی را دادید به یک LM2576 و بعد دوباره با رگولاتور خطی کم کردید خب همون اول خروجی LM2576 را جوری تنظیم کنید که خروجی مدار برای بردتون را تامین کنه
به نظر میاد ساختاری که چیدید نمیتونه جریان مناسب بده و رگولاتورهای خطی شما به نظرم میتونه یکی از عوامل باشه
سلام با تشکر از سایت خوبتون ببخشید من یه منبع نغذیه ac 220 به 5 یا 3.2 ولت dc میخواستم برای یه مدار نیمه صنعتی که یه میکرو آرم داره با سه تا رله که ماکزیمم فک کنم 300 ma جریان بکشه میخواستم بدونم این مدار به کارم میاد؟میتونم از همین استفاده کنم؟
سلام دوست عزیز
باید بگم که از این مدل منبع برای تبدیل برق ۲۲۰ نمی تونید استفاده کنید چرا که اصلا ایزوله نیست
برای این کار به آموزش های زیر مراجعه کنید (نمونه ساخته شده هم قرار دادیم در لینک آخر) :
طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ – قسمت اول
طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ آموزش Pi Expert – قسمت دوم
طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ آموزش Pi Expert – قسمت سوم
سلام
در این مدار اگر بخواهیم ولتاژ خروجی 5 ولت باشد ِ باید مقادیر چه قطعاتی تغییر کند؟ و مقادیر جدید را ذکر کنید
اصولا در TL494 برای محاسبه ولتاژهای خروجی مختلف فرمولی هست ؟
همچنین فایل شماتیک مدار را با فرمت آلتیوم قرار دهید.
با تشکر
سلام
با توجه به این که رفرنس داخلی TL494 پنج ولت هست ؛ احتمالا با دمونتاژ مقاومت R8 باید خروجی 5 ولت شود.
برای فرمول محاسبه ولتاژ خروجی میتونید به منوال آیسی TL494 مراجعه کنید. در این مدار از AMP1 برای کنترل ولتاژ استفاده شده است.
سلام
اگر بخواهیم از همین مدار ولتاژ 5 ولت را بگیریم
مقادیر چه قطعاتی باید تغییر کند ؟
اصولا فرمولی برای بدست آوردن ولتاژهای مختلف در TL494 هست ؟
سلام
با توجه به این که رفرنس داخلی TL494 پنج ولت هست ؛ احتمالا با دمونتاژ مقاومت R8 باید خروجی 5 ولت شود.
برای فرمول محاسبه ولتاژ خروجی میتونید به منوال آیسی TL494 مراجعه کنید. در این مدار از AMP1 برای کنترل ولتاژ استفاده شده است.
دوستان فراموش نکنند که سوییچینگ های جدید تر و کارآمد تر نیز وجود دارد.
در این مبدلها فرکانس سوییچ زنی دها برابر بیشتر است ، ابعاد نیز کوچکتر خواهد شد.
یکی از این نوع مبدل ها MP1584 محصول کمپانی MPS است.
سلام بله درست می فرمایید
جدیدا آیسی های خوبی برای سوییچینگ موجود شده
اما معمولا در بازار ایران یا پیدا نمی شوند یا قیمت های خیلی بالایی دارند.
سلام دوست عزیز خدا قوت.من دانشجوی رشته برق صنعتی هستم ومیخواستم یه منبع تغذیه متغیر 0تا30 ولت با جریان 5امپر (حالا 3امپر هم کارم راه میندازه ) برای کار های ازمایشگاهیم بسازم که این مطلب شمارو توی نت دیدم ممنون میشم اگه امکانش هست به سوالات من پاسخ بدهید:
1 من میخوام بجای ای سی 494 از AVR استفاد کنم و پالس هارو بسازم و بدم به اون درایور ماسفت ،که از طریق نرم افزاری بتونم ولتاژ رو تغیر بدم..اگه این کارو بکنم مشکلی که پیش نمیاد؟
2 واسه ولتاژ ورودی میخوام یدونه ترانس24/4بزارم و یکسو کنم که فک کنم تا34 ولت میشه بعد از یکسو سازی ایا مدار با این ولتاژ کار میکنه یا حتما باید ولتاژ55 ولت بدم بهش؟
3 تو نقشه الان 3تا ولتاژ هست یکی power=55 دوم VCCکه معمولا 5ولت هست و اونVDD چند ولته؟
4 میخوام مدارم قابلیت محدود کردن جریان هم داشته باشه که باید یجوری با AVR جریان خروجی رو بدست بیارم.میخوام یه مقاومت اجری با خروجی سری کنم و ولتاژش رو بخونم و جریان رو محاسبه کنم به نظرتون اینکار جواب مییده یا ای سی خاصی واسه این کار هست تو بازار؟
شرمنده یکم طولانی شد من بی صبرانه منتظر جواب شما هستم وهمچنین از زحمات شما پیشا پیش قدردانی میشود.
سلام خواهش میکنم دوست عزیز ؛
1 – توصیه نمیکنم از کنترلر دیجیتال برای کنترل ولتاژ و جریان استفاده کنید ، فرقی هم نداره AVR یا ARM ؛ چرا که زمان پاسخ این کنترلرها ممکنه با توجه به برنامه متغییر باشه و همین باعث میشه ولتاژ و جریان در محدوده مجاز زمان کنترل نشه و به مدار تحت تست صدمه وارد بشه ! برای کنترل ولتاژ و جریان بشکل دیجیتال توصیه میکنم که با میکرو ولتاژ رفرنسی رو درست کنید و بعد با آپمپ کنترلر خطا بسازید تا بتونید خروجی رو روی مقدار مورد نظر فیکس کنید.
2 – نه این مدار از 14 ولت به بالا کار میکنه و مشکلی پیش نمیآره
3 – vdd در واقع ورودی بعد از دیود هستش ؛ همون 55 ولت میشه
4 – تجربه ثابت کرده که بهترین راه استفاده از مقاومت شنت هست یعنی همون مقاومت سری ؛ فقط دقت کنید که مقدار مقاومت تا جای ممکن کوچیک باشه ؛ مثلا یک دهم اهم یا کمتر – اینطوری تلفات کاهش پیدا میکنه
با سلام خدمت شما ممنونم ازینکه به وسوالات من پاسخ دادید. یک سوال کوچک دیگه ای هم داشتم ، خازن های C4و C6 یکی از پایه هاشون به جایی متصل نیست! باید زمین بشن یا +5؟قاعدتأ همینجور ازاد که نمی مونن؟
خواهش میکنم دوست عزیز
دقت نکرده بودم ؛ بله حق با شماست نباید آزاد باشه ؛ C6 باید زمین باشه و C4 باید به AMP- وصل بشه
سلام مجدد. شرمنده ازینکه زیاد سوال میکنم.
*-AMP دوتا هست یکی پایه 2 یکی هم پایه 15 شما کدومش مد نظرتون هست؟
*پایه شماره 10 E2هم به پین9 وصل بوده یا ازاد میمونه؟چون از پین پایینیش یه تیکه تِرک هست !
* توی قسمت درایور ماسفت ولتاژ55 ولت به کدومش داده میشه؟ POW & VCC
* خروجی متغیر ما الان کدومش هست؟ اون Boost که نیست؟
خیلی خوب میشد اگه این مدارو همه در کنار هم طراحی میکردید تا اینکه جدا جدا..اخه ادم یکم گیج میشه
سلام خواهش میکنم
– نت AMP- تنها یکی است و اون هم پایه 2 هست ؛ اگر دقت کنید پایه 15 نت camp- هست
– پایه 9 و 10 باید به هم وصل بشه ؛ روی PCB ببینید مشخص هست ؛ فکر کنم خروجی آلتیوم که به PDF تبدیل شده مشکل داشته
– ولتاژ 55 به هیچ کدوم داده نمیشه ؛ تنها به پایه ماسفت داده میشه
– منظورتون رو از خروجی متغییر متوجه نشدم
– اینطور اتفاقا بهتره هر بخشی جداست و برای عیب یابی خیلی بهتره
سلامVDD و زمین رو یبار دیگه چک کنید…یه خازن 16 ولت هست پس نمیتونه 55 ولت دریافت کنه و بین VCCو زمین هم چک کنید… یه خازن 63 ولت هست پس قاعدتا اینجا میشه 55 ولت رو تزریق کرد.(لطفا یکم بیشتر دقت کنید)
نمیدونم چرا کس دیگه این سوالارو ازتون نپرسیده من زیادی سوادم کمه یا کسی تصمیم نگرفته یدونه رو بسازه
بحرحال لازم نیست این پیامو به نمایش بزارید.
بله درست میفرمایید ؛ من حواسم نبود ؛ ببینید ؛ توی مدار دوتا ولتاژ داریم ؛ ولتاژ ورودی که با VCC نشون داده میشه و ولتاژ 12 ولت مورد نیاز آیسی کنترلر و داریو ماسفت که با VDD نشون داده میشه ؛ پس VDD باید 10.3 یا 11.3 ولت داشته باشه ؛ چرا میگم 11 تا 12 ولت برای این که تا قبل از روشن شدن مدار ولتاژ ورودی از طریق TR1 و زنر D2 به 10.3 تبدیل میشه تا قسمت کنترلر رو روشن کنه ؛ بعد از روشن شدن کنترلر و گرفتن خروجی 12 ولت ؛ ولتاژ 12 خروجی از طریق D1 به VDD متصل میشه تا بار از روی TR1 برداشته بشه و تلفاتش کاهش پیدا کنه
شما PCB رو ببینید برای چک کردن اتصالاتی که سوال دارید ؛ مطمئنم PCB درسته و نمونه ازش ساخته شده ؛ احتمالا توی خروجی گرفتن PDF مساله ای پیش اومده که این طور برخی نت ها وصل نیستند.
خیلی ممنونم از توضیحات مفیدتان الان دوباره از اول مدار رو چک کردم وباتوجه به پاسخ های شما ایرادی نمیمونه بجز یه نکته کوچیک دیگه که الهم دست شما رو میبوسه.
*قسمت درایور ماسفت رو ملاحضه کنید خروجی 7 و 5 روی خطش لیبل هست یا اونا هم باید به جایی وصل بشن؟ HO و LO
* یه لیبل دیگه هم هست به اسم Boost اونم لطفا بگین قضیش چیه ؟
سلام و درود
خواهش میکنم
اما در خصوص لیبل ها یا بهر بگم net ها ؛ نه این نت ها قرار نیست دیگه به جایی وصل بشن ؛ اگر نت خوردند برای اینه که مسیرش توی pcb داری net با توضیحات باشه.
boost هم دقیقا به همین دلیل لیبل خورده ؛ در واقع اینجا ولتاژ ساخته میشه که قراره گیت ماسفت ها رو تحریک کنه
سلام
از میکروکنترلر dspic شرکت میکروچیپ میشه استفاده کرد که مخصوص منبع تغذیه ساخته شدند
سلام دوست عزیز
این مدل میکروکنترلر های برای پردازش سیگنال ساخته شده اند و البته میتواند کمک خوبی در بحث منبع تغذیه داشته باشند ولی همچنان فکر میکنم مدارات آنالوگ خیلی بهتر جواب میدهند.
اصولا بهتره که اگر کنترول دیجیتال میخواهید با ساختن یک ولتاژ بین صفر تا پنج ولت که میشه با فیلتر کردن خروجی PWM میکرو بدت آورد و نمونه گیری از خروجی منبع تغذیه توسط بخش ADC میکرو و اتصال اون نمونه متغیر صفر تا پنج به پایه 2 از 494 که ورودی یکی از تقویت کننده ها است و خیلی ساده خروجی را با میکرو کنترول کرد . برای خواندن و کنترول جریان هم که به سادگی و با افزودن یک مقاومت یک دهم اهم پنج وات روی خروجی منفی ( RTN ) سپس اندازه گیری ولتاژ دوسر مقاومت به مقدار جریان مصرف کننده پی برد . بعد هم که ساده است و کافی است مثلا یک ولتاژ صفر تا یک ولت را با روش قبلی بسازیم تا یک حال حسابی به ورودی دومین تقویت کننده و یا پایه 15 بدهیم . عزت زیاد
سلام.
یک مبدل 220 به 5 ولت 500 میلی آمپر اگر معرفی کنید ممنون میشم.
سلام دوست عزیز
از همین مدار و نرم افزار میتونید استفاده کنید و مطابق آموزش ها خروجی مورد نظرتون رو بسازید.
مگه ورودی این مدار 60 ولت نیست؟
“مدار باید در ولتاژ ورودی خود حداکثر 60 ولت را بتواند تحمل کند”
بله درسته ولی نه به صورت دائم ؛ به شکل پیک های ورودی
ما این مدار رو روی ورودی دائم 55 ولت تست کردیم و به خوبی کار میکرد.
اینکه بچه بازیه . راحت با یک VIPER22 میشه حلش کرد . اگر تولید نمیکنی راحت یک شارژر چینی توی سطل آشغال پیدا کن و با یک LM7805 تمومه
این مدار ایزوله هست؟ چندآمپره؟
سلام دوست عزیز
خوب همونطور که مشخصه مدار از تپولوژی باک استفاده میکنه که ایزوله نیست ، شما میتونید با تقویت ترانزیستور های خروجی و سلف و البته هم چنین مقاومت شنت هر آمپر دلخواهی رو بگیرید ؛ اما فکر میکنم المان های موجود برای 3 آمپر طراحی شده
سلام
ممنون از زحمات شما بابت مطالب با ارزش و مفید
سلام
متشکر، نظر لطف شماست.
از اینکه مطالب مورد توجه شما قرار گرفته بسیار خرسندیم.
سلام خیلی عالیه
خیلی ممنونن
سلام
از اینکه با ما همراه هستید خوشحالیم.
بزودی راه کار های بیشتری در حوزه سوئیچینگ منتشر خواهیم کرد.
سلام. لطفا طرح یک مبدل برای روشن کردن رزبری پای و اردوینو را با برق خودرو که ترجیحا نوسانات برق که بر اثر استارت زدن ایجاد میشه را خنثی کنه.
با سپاس
سلام و درود.
این مبدل بخوبی نوسانات را فیلتر میکند. از همین مبدل همان طور که توضیح داده شده می توانید، در کار های مختلف استفاده کنید. ولی در ورودی این مبدل باید حداقل 17 ولت اعمال کنید تا روشن شود. با کمی تغییرات میتوانید از همین مبدل در خودروهایی با ولتاژ 12 ولت هم استفاده کنید.